作物学报 ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (7): 1874-1886.doi: 10.3724/SP.J.1006.2025.53001
董伟进1,2,张亚封1,2,李启云1,2,路杨2,张正坤2,*,隋丽2,*
DONG Wei-Jin1,2,ZHANG Ya-Feng1,2,LI Qi-Yun1,2,LU Yang2,ZHANG Zheng-Kun2,*,SUI Li2,*
摘要:
球孢白僵菌(Beauveria bassiana)作为昆虫病原真菌,能够在植物体内定殖,既促进植物生长,又增强其抗生物和非生物胁迫能力。大气CO2浓度呈现逐年上升的态势,这一变化不仅深刻影响着植物个体的生长发育和生理生化过程,还在微观层面调控着植物与微生物之间复杂的互作关系。然而,在CO2浓度升高条件下,球孢白僵菌定殖对植物生长发育、产量以及籽粒品质的影响,目前仍缺乏系统且深入的研究。本研究以玉米(Zea mays)为试验对象,设置(400±50) μmol mol?1的正常CO2浓度和(600±50) μmol mol?1的高CO2浓度2个梯度,研究球孢白僵菌定殖对玉米农艺性状、干物质积累、产量和籽粒品质的作用,并分析各因素相关性。研究结果表明,在2种不同CO2浓度条件下,经球孢白僵菌定殖的玉米植株株高、茎粗增长显著,生物量积累也有所提升;在产量和品质方面,球孢白僵菌定殖同样表现出增产提质的优势。进一步分析显示,在高CO2浓度条件下,球孢白僵菌定殖对玉米的正向促进作用更为显著。综上,CO2浓度升高条件下,球孢白僵菌定殖能够使玉米生理适应性和生态稳定性增强,资源利用效率提高,对产量和品质产生积极影响。本研究为理解微生物-植物互作提供新视角,也为未来农业可持续发展提供新思路。
[1] 李彦生, 金剑, 刘晓冰. 作物对大气CO2浓度升高生理响应研究进展. 作物学报, 2020, 46: 1819–1830. [2] Saleh A M, Abdel-Mawgoud M, Hassan A R, Habeeb T H, Yehia R S, AbdElgawad H. Global metabolic changes induced by arbuscular mycorrhizal fungi in oregano plants grown under ambient and elevated levels of atmospheric CO2. Plant Physiol Biochem, 2020, 151: 255–263. [3] Smith F, Luna E. Elevated atmospheric carbon dioxide and plant immunity to fungal pathogens: do the risks outweigh the benefits. Biochem J, 2023, 480: 1791–1804. [4] Rasmussen P U, Bennett A E, Tack A J M. The impact of elevated temperature and drought on the ecology and evolution of plant-soil microbe interactions. J Ecol, 2020, 108: 337–352. [5] Smith S E, Jakobsen I, Grønlund M, Andrew Smith F. Roles of arbuscular mycorrhizas in plant phosphorus nutrition: interactions between pathways of phosphorus uptake in arbuscular mycorrhizal roots have important implications for understanding and manipulating plant phosphorus acquisition. Plant Physiol, 2011, 156: 1050–1057. [6] Phour M, Sindhu S S. Mitigating abiotic stress: microbiome engineering for improving agricultural production and environmental sustainability. Planta, 2022, 256: 85.
[7] 蹇述莲, 李书鑫, 刘胜群, 李向楠. 覆盖作物及其作用的研究进展. 作物学报, 2022, 48: 1–14.
[8] 隋丽, 路杨, 姜媛媛, 万婷玉, 徐文静, 张正坤, 李启云. 内生性虫生真菌在生物防治中的研究现状与展望. 玉米科学, 2021, 29(6): 169–174. [9] Sui L, Lu Y, Zhou L Y, Li N N, Li Q Y, Zhang Z K. Endophytic Beauveria bassiana promotes plant biomass growth and suppresses pathogen damage by directional recruitment. Front Microbiol, 2023, 14: 1227269.
[10] 李芳, 张珏锋, 钟海英, 陈建明. 锌离子响应转录激活因子ZafA对球孢白僵菌锌离子利用及生防潜能的影响. 菌物学报, 2022, 41: 570–586. [11] González-Mas N, Cuenca-Medina M, Gutiérrez-Sánchez F, Quesada-Moraga E. Bottom-up effects of endophytic Beauveria bassiana on multitrophic interactions between the cotton aphid, Aphis gossypii, and its natural enemies in melon. J Pest Sci, 2019, 92: 1271–1281. [12] Shrivastava G, Ownley B H, Augé R M, Toler H, Dee M, Vu A, Köllner T G, Chen F. Colonization by arbuscular mycorrhizal and endophytic fungi enhanced terpene production in tomato plants and their defense against an herbivorous insect. Symbiosis, 2015, 65: 65–74. [13] Sui L, Zhu H, Wang D L, Zhang Z K, Bidochka M J, Barelli L, Lu Y, Li Q Y. Tripartite interactions of an endophytic entomopathogenic fungus, Asian corn borer, and host maize under elevated carbon dioxide. Pest Manag Sci, 2024, 80: 4575–4584. [14] Gana L P, Etsassala N G E R, Nchu F. Interactive effects of water deficiency and endophytic Beauveria bassiana on plant growth, nutrient uptake, secondary metabolite contents, and antioxidant activity of Allium cepa L. J Fungi, 2022, 8: 874.
[15] 文欢, 张正坤, 李启云, 路杨, 隋丽. 大气CO2浓度升高下球孢白僵菌定殖对玉米植株生长及光合的影响. 生态学报, 2025, 45(2): 1–10.
[16] 费泓强, 隋丽, 朱慧, 徐文静, 陈日曌, 汪洋洲, 李启云, 王德利. 球孢白僵菌在玉米苗期的定殖及其对玉米生理生化特性的影响. 中国生物防治学报, 2016, 32: 721–727.
[17] 隋丽, 徐文静, 张正坤, 杨芷, 王志慧, 杜茜, 汪洋洲, 陈日曌, 李启云, 路杨. GFP标记的球孢白僵菌在玉米中的定殖. 中国生物防治学报, 2018, 34: 848–857. [18] Sui L, Zhu H, Xu W J, Guo Q F, Wang L, Zhang Z K, Li Q Y, Wang D L. Elevated air temperature shifts the interactions between plants and endophytic fungal entomopathogens in an agroecosystem. Fungal Ecol, 2020, 47: 100940.
[19] 赵玉萍, 邹志荣, 白鹏威, 任雷, 李鹏飞. 不同温度对温室番茄生长发育及产量的影响. 西北农业学报, 2010, 19: 133–137. [20] Fernandez J A, Nippert J B, Vara Prasad P V, Messina C D, Ciampitti I A. Post-silking 15N labelling reveals an enhanced nitrogen allocation to leaves in modern maize (Zea mays) genotypes. J Plant Physiol, 2022, 268: 153577.
[21] 司海丽, 纪立东, 刘菊莲, 柳骁桐, 郑淑欣. 有机肥施用量对玉米产量、土壤养分及生物活性的影响. 西南农业学报, 2022, 35: 740–747.
[22] 连晓荣, 何海军, 李永生, 周文期, 王晓娟, 杨彦忠, 刘忠祥, 张彦军, 周玉乾. 不同种植模式对玉米光合特性、产量及品质的影响. 干旱地区农业研究, 2024, 42(4): 167–177.
[23] 隋丽, 万婷玉, 路杨, 徐文静, 张正坤, 李启云. 内生真菌对植物促生、抗逆作用研究进展. 中国生物防治学报, 2021, 37: 1325–1331. [24] Gupta R, Keppanan R, Leibman-Markus M, Rav-David D, Elad Y, Ment D, Bar M. The entomopathogenic fungi Metarhizium brunneum and Beauveria bassiana promote systemic immunity and confer resistance to a broad range of pests and pathogens in tomato. Phytopathology, 2022, 112: 784–793. [25] Dash C K, Bamisile B S, Keppanan R, Qasim M, Lin Y W, Islam S U, Hussain M, Wang L D. Endophytic entomopathogenic fungi enhance the growth of Phaseolus vulgaris L. (Fabaceae) and negatively affect the development and reproduction of Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae). Microb Pathog, 2018, 125: 385–392. [26] Macuphe N, Oguntibeju O O, Nchu F. Evaluating the endophytic activities of Beauveria bassiana on the physiology, growth, and antioxidant activities of extracts of lettuce (Lactuca sativa L.). Plants, 2021, 10: 1178. [27] Chen J F, Liu Y, Tang G R, Jin D, Chen X, Pei Y, Fan Y H. The secondary metabolite regulator, BbSmr1, is a central regulator of conidiation via the BrlA-AbaA-WetA pathway in Beauveria bassiana. Environ Microbiol, 2021, 23: 810–825. [28] Batool R, Umer M J, Zhang Y J, Guo J F, Wang Z Y. Phytol-induced interplant signaling in maize facilitates EXP-A20-driven resistance through ACO31-dependent ethylene accumulation against Ostrinia furnacalis. Plant J, 2025, 121: e17186. [29] Abdelhameed R E, Soliman E R S, Gahin H, Metwally R A. Enhancing drought tolerance in Malva parviflora plants through metabolic and genetic modulation using Beauveria bassiana inoculation. BMC Plant Biol, 2024, 24: 662. [30] Amobonye A, Bhagwat P, Pandey A, Singh S, Pillai S. Biotechnological potential of Beauveria bassiana as a source of novel biocatalysts and metabolites. Crit Rev Biotechnol, 2020, 40: 1019–1034. [31] Sánchez-Rodríguez A R, Del Campillo M C, Quesada-Moraga E. Beauveria bassiana: an entomopathogenic fungus alleviates Fe chlorosis symptoms in plants grown on calcareous substrates. Sci Hortic, 2015, 197: 193–202. [32] Zou S P, Ma Y Z, Zhao L X, Chen X M, Gao H L, Chen J, Xue Y P, Zheng Y G. Revealing the regulatory impact of nutrient on the production of (R)-2-(4-Hydroxyphenoxy) propanoic acid by Beauveria bassiana biofilms through comparative transcriptomics analyse. Bioprocess Biosyst Eng, 2024, 47: 1803–1814.
[33] 李子正, 蔡廷阳, 李元鑫, 杨婧, 张蕾蕾, 燕志翔, 褚鹏飞, 孟维伟, 王旭清. 球孢白僵菌与哈茨木霉对玉米苗期促生抗逆的影响. 山东农业科学, 2023, 55(8): 39–47.
[34] 许绍欢, 许忠顺, 杜飞, 刘京, 萄剑渝, 邹晓. 混合接种球孢白僵菌与摩西球囊霉对烟草促生抗逆影响. 菌物学报, 2021, 40: 2191–2200.
[35] 况再银, 童文, 孙佩, 曾华兰, 叶鹏盛, 赵馨怡, 龙艳梅. 球孢白僵菌的侵染特性及应用研究进展. 微生物学通报, 2023, 50: 3187–3197. [36] Tian W, Su C F, Zhang N, Zhao Y W, Tang L. Simulation of the physiological and photosynthetic characteristics of C3 and C4 plants under elevated temperature and CO2 concentration. Ecol Model, 2024, 495: 110805.
[37] 王娇, 白海霞, 韩语燕, 梁惠, 冯雅楠, 张东升, 李萍, 宗毓铮, 史鑫蕊, 郝兴宇. CO2浓度升高、升温及其交互作用对良星99冬小麦叶片碳氮代谢的影响. 作物学报, 2025, 51: 1061–1076.
[38] 朱智远, 贾辰雁, 丁孝伟, 沈娇, 张萌, 张浩男, 韩烈保. CO2加富与不同光强对高羊茅幼苗生长的影响. 草业科学, 2024, 41: 2564–2575.
[39] 邢红爽, 乌佳美, 陈健, 史作民. 植物光合作用限制因素与植被生产力研究进展. 生态学报, 2023, 43: 5186–5199.
[40] 张凯, 王润元, 王鹤龄, 赵鸿, 赵福年, 齐月, 陈斐, 杨阳, 雷俊. CO2浓度增加对半干旱区马铃薯生长动态及产量、品质的影响. 干旱地区农业研究, 2023, 41: 238–246.
[41] 宗毓铮, 张函青, 李萍, 张东升, 林文, 薛建福, 高志强, 郝兴宇. 大气CO2与温度升高对北方冬小麦旗叶光合特性、碳氮代谢及产量的影响. 中国农业科学, 2021, 54: 4984–4995. [42] 杨爱峥, 李志磊, 付强, 李全峰, 贺昕瑶. CO2浓度倍增和土壤盐胁迫对藜麦生理特征及产量的影响. 农业工程学报, 2021, 37: 181–187. Yang A Z, Li Z L, Fu Q, Li Q F, He X Y. Effects of elevated atmospheric CO2 on physiological characteristics and yield of quinoa to salinity stress. Trans CSAE, 2021, 37: 181–187 (in Chinese with English abstract).
[43] 宋春燕, 万运帆, 李玉娥, 蔡岸冬, 胡严炎, 周慧, 朱波, 王斌. 温度和CO2浓度升高下双季稻茎蘖动态、成穗率与产量的关系. 作物杂志, 2023, (3): 159–166. [44] Miyagi A, Uchimiya H, Kawai-Yamada M. Synergistic effects of light quality, carbon dioxide and nutrients on metabolite compositions of head lettuce under artificial growth conditions mimicking a plant factory. Food Chem, 2017, 218: 561–568.
[45] 王春乙, 郭建平, 崔读昌, 王修兰, 梁红, 徐师华. CO2浓度增加对小麦和玉米品质影响的实验研究. 作物学报, 2000, 26: 931–936.
[46] 牛玺朝, 户少武, 杨阳, 童楷程, 景立权, 朱建国, 王余龙, 杨连新, 王云霞. 大气CO2浓度增高对不同水稻品种稻米品质的影响. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29: 509–519.
[47] 李常鑫, 闫琪, 倪莉莉, 张淑鑫, 王丽梅. 大气CO2浓度升高对玉米非结构性碳水化合物和籽粒品质的影响. 应用生态学报, 2023, 34: 123–130. [48] Rajasekar S, Elango R. Effect of microbial consortium on plant growth and improvement of alkaloid content in Withania somnifera (Ashwagandha). Current Botany, 2011, 35: 167–171.
[49] 曹志强, 金慧, 许永华, 张引, 杨文志. 微生物菌剂用于连续移栽人参实验研究. 微生物学杂志, 2005, 25(3): 105–107.
[50] 邓妍, 王娟玲, 王创云, 赵丽, 张丽光, 郭虹霞, 郭红霞, 秦丽霞, 王美霞. 生物菌肥与无机肥配施对藜麦农艺性状、产量性状及品质的影响. 作物学报, 2021, 47: 1383–1390. |
[1] | 王芬, 吴东丽, 张全军. 湖北省一季稻发育期对气候变化的响应[J]. 作物学报, 2025, 51(7): 1934-1948. |
[2] | 李炳霖, 叶晓磊, 肖红, 肖国滨, 吕伟生, 刘君权, 任涛, 陆志峰, 鲁剑巍. 镁肥用量对油菜产量和镁吸收量及因冻害减产程度的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(7): 1850-1860. |
[3] | 郑浩飞, 杨楠, 杜健, 贾改秀, 邹悦, 麻文浩, 王彦婷, 索东让, 赵建华, 孙宁科, 张建文. 西北灌漠土区长期有机无机配施协同提升玉米产量和品质[J]. 作物学报, 2025, 51(6): 1618-1628. |
[4] | 孟孜贞, 刘陈, 盛倩男, 熊志豪, 方娅婷, 赵剑, 余秋华, 王昆昆, 李小坤, 任涛, 鲁剑巍. 氮磷钾肥施用对冬油菜增产效果及因冻害减产程度的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(4): 1037-1049. |
[5] | 李翔宇, 季欣杰, 王雪莲, 龙安燃, 王峥宇, 杨子慧, 宫香伟, 姜英, 齐华. 秸秆还田配施氮肥对春玉米产量和籽粒品质的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(3): 696-712. |
[6] | 马艳明, 娄鸿耀, 王威, 孙娜, 颜国荣, 张胜军, 刘杰, 倪中福, 徐麟. 新疆冬小麦籽粒品质性状遗传差异与关联分析[J]. 作物学报, 2024, 50(6): 1394-1405. |
[7] | 王菲儿, 郭瑶, 李盼, 韦金贵, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚, 殷文, 陈桂平. 绿洲灌区增密对水氮减量玉米产量的补偿机制[J]. 作物学报, 2024, 50(6): 1616-1627. |
[8] | 娄菲, 左怿平, 李萌, 代鑫萌, 王健, 韩金玲, 吴舒, 李向岭, 段会军. 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米产量、品质及氮素利用的影响[J]. 作物学报, 2024, 50(4): 1053-1064. |
[9] | 王露, 赵炯超, 王艺璇, 米艳华, 张宁怡, 赵明宇, 褚庆全. 三七种植适宜区的分布及其对气候变化的响应[J]. 作物学报, 2024, 50(11): 2860-2869. |
[10] | 成华强, 侯青青, 朱敏, 杨轩. 气候变化与轮作制度对晋北饲用燕麦产草量的影响[J]. 作物学报, 2024, 50(10): 2599-2613. |
[11] | 张刁亮, 杨昭, 胡发龙, 殷文, 柴强, 樊志龙. 复种绿肥在不同灌水水平下对小麦籽粒品质和产量的影响[J]. 作物学报, 2023, 49(9): 2572-2581. |
[12] | 邓艾兴, 李歌星, 吕玉平, 刘猷红, 孟英, 张俊, 张卫建. 齐穗后遮阴时长对西北稻区粳稻产量和品质的影响[J]. 作物学报, 2023, 49(7): 1930-1941. |
[13] | 刘二华, 周广胜, 武炳义, 宋艳玲, 何奇瑾, 吕晓敏, 周梦子. 1981—2010年长江中下游地区单季稻生殖生长期对气候变化和技术进步的响应[J]. 作物学报, 2023, 49(5): 1305-1315. |
[14] | 刘昕萌, 程乙, 刘玉文, 庞尚水, 叶秀芹, 卜艳霞, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 任昊, 刘鹏. 黄淮海区域现代夏玉米品种产量与资源利用效率的差异分析[J]. 作物学报, 2023, 49(5): 1363-1371. |
[15] | 叶晓磊, 耿国涛, 肖国滨, 吕伟生, 任涛, 陆志峰, 鲁剑巍. 镁肥用量对油菜籽产量及品质的影响[J]. 作物学报, 2023, 49(11): 3063-3073. |
|